Uncertainty in 2-D hydraulic modeling: a case study of an experiment in transcritical flowThis article is one of a selection of papers published in this Special Issue on Hydrotechnical Engineering.

Abstract

Change in flow regime from subcritical to supercritical flow or opposite can be met during a dam break flow propagation but also during floods in urban areas, particularly near crossroads. Detailed laboratory measurements of flow discharge distribution and flow depths are carried out for transcritical dividing flows in a 908 sharp-edged, rectangular junction formed by horizontal open-channels of equal width. These measurements are used to assess the uncertainty of numerical predictions obtained using a two-dimensional (2-D) depth-averaged model. A sensitivity analysis to four parameters, i.e., space step, friction coefficient, diffusion coefficient, and downstream boundary condition, is carried out. For the water depths in the vicinity of the intersection, uncertainty linked to the calibration of the four aforementioned parameters can be higher than 50% because of the difficulty in representing the location and amplitude of the hydraulic jumps while, for the flow ratio between the downstream branches, uncertainty is limited to 10%. Résumé :Le passage d'un régime fluvial à un régime torrentiel ou l'inverse peut apparaître lors de la propagation d'une onde de rupture de barrage mais aussi pendant les inondations en zone urbaine, particulièrement près des carrefours. Des mesures détaillées en laboratoire portant sur la répartition des débits et les hauteurs d'eau sont effectuées pour des écoule-ments transcritiques dans un croisement à 90 degrés entre des canaux rectangulaires horizontaux de largeurs identiques. Ces mesures sont utilisées pour estimer l'incertitude d'un modèle bidimensionnel moyenné sur la verticale. Une analyse de sensibilité sur quatre paramètres (pas d'espace, coefficient de frottement, coefficient de diffusion et condition limite aval) est effectuée. Sur les hauteurs d'eau à proximité du carrefour, l'incertitude liée au calage des quatre paramètres ci-dessus peut dépasser 50 % à cause de la difficulté de représenter tant la localisation que l'amplitude des ressauts hydrauliques tandis que pour le rapport des débits dans les canaux aval, l'incertitude est limitée à 10 %.Mots-clés : régime d'écoulement, ressaut hydraulique, inondations urbaines, analyse de sensibilité, expériences de laboratoires, croisement.